切削力计算.doc

切削力计算得经验公式
通过试验得方法,测出各种影响因素变化时得切削力数据，加以处理得到得反映各因素与切削力关系得表达式,称为切削力计算得经验公式.在实际中使用切削力得经验公式有两种:一就是指数公式,二就是单位切削力。
1　。指数公式
主切削力　（２－４）

　背向力 (2-5)　

　　进给力　(2—６)

　　式中 Fc ————主切削力( N);

　Fp　-—-- 背向力( N)；　
Ff　——-－　进给力（ Ｎ）；　

Cfc 、 Cfｐ 、 Cｆｆ —-—— 系数，可查表 2-1;
　xfc 、 yｆc、　nｆｃ、 xfp、 yｆp、　nfp、 ｘfｆ、 yfｆ、 nｆf　-——-－— 指数，可查表 ２—1。

　 KFc　、　ＫFp 、 KFf －—-— 修正系数,可查表　2－5,表 2－6。　
2 。单位切削力

单位切削力就是指单位切削面积上得主切削力,用 kc表示,见表 ２－２.
　kｃ=Fc／A ｄ=Ｆc／（a ｐ·f)=F c/(b d·h d) （2-7）
式中 AD　—————-—切削面积( mm 2);

　ap —-—－--- 背吃刀量（ mｍ）；

　　f - ———--—- 进给量( ｍｍ/r);　

　　hd ———-－-—— 切削厚度（ mm );
　 bd -------— 切削宽度( ｍm).
已知单位切削力 kc ,求主切削力 Ｆｃ
Fc＝ｋc·ap·ｆ=kc·ｈd·ｂd (２-８)
　　式 2—8中得 k c就是指 f ＝ 0、3mｍ/ｒ 时得单位切削力,当实际进给量 f大于或小于 0、3mm /r时,需乘以修正系数　Kfkｃ，见表 ２-３。

表 ２—3 进给量?对单位切削力或单位切削功率得修正系数 Kfkｃ, Kｆps　

f /（mm/r)

0、1
0、1５

0、２　

０、２5

０、3

0、35

0、4
0、45　

０、5

0、6　

Ｋｆｋｃ ,　Kｆｐｓ

1、18
1、１1

１、0６　

1、0３
1

0、97

0、96

0、94

0、9２５

0、9
切削力得来源、切削分力
金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性与塑性变形;同时工件与刀具之间得相对运动存在着摩擦力。如图 2—１5所示，作用在刀具上得力有两部分组成：

　1、 作用在前、后刀面上得变形抗力 Fnγ 与 Fnα ；

2、　作用在前、后刀面上得摩擦力Ｆfγ 与 Ffα 。

这些力得合力 Ｆ称为切削合力,也称为总切削力。总切削力 Ｆ可沿 x,y,ｚ方向分解为三个互相垂直得分力　Fc、 Fp、 Ff,如图 ２—16所示。　主切削力 Ｆｃ　总切削力 Ｆ在主运动方向上得分力;背向力 Fｐ 总切削力 F在垂直于假定工作平面方向上得分力;进给力 Ff 总切削力在进给运动方向上得分力。

　 车削时各分力得实用意义如下:
主切削力 F c 作用于主运动方向,就是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等得主要依据,也就是消耗功率最多得切削力．　

　 背向力　F p 纵车外圆时,背向力 F p不消耗功率,但它作用在工艺系统刚性最差得方向上,易使工件在水平面内变形，影响工件精度,并易引起振动。 F p就是校验机床刚度得必要依据.

进给力 F f　作用在机床得进给机构上,就是校验进给机构强度得主要依据.

影响切削力得主要因素
1、　工件材料得影响　
　　工件材料得物理机械性能、加工硬化能力、化学成分与热处理状态,都对切削力产生影响。　
　　由表　2-2可以瞧出,工件材料得硬度愈高,则切削力愈大。工件材料虽然硬度、强度较低,但塑性、韧性大，加工硬化能力大,其切削力仍很大。如 1Cr1８Ｎｉ9Tｉ 等不锈钢。 　

　在普通钢中添加含硫或铅等金属元素得易切钢,其切削力比普通钢降低 20～ ３0％。

同一种材料热处理状态与金相组织不同,切削力也有很大差异．

　 切削脆性材料(如铸铁)时，塑性变形小，加工硬化小，切屑与前刀面接触少,摩擦小,因此切削力也较小。
2 。切削用量得影响

如图　2-17所示,背吃刀量　a ｐ与进给量 f就是通过对切削面积与单位切削力得变化而影响切削力得.背吃刀量 a p增大,切削宽度　b　d也增大，剪切面积 Aｓ与切屑与前刀面得接触面积按比例增大,第一变形区与第二变形区得变形与摩擦相应增大。当背吃力量增 大一倍时，切削力也增大一倍。进给量 ｆ增大,切削厚度　h d增大,而切削宽度 b d 不变,这时剪切面积虽按比例 增大，第二变形区得变形未按比例增大.而进给量增大,平均变形变小,单位切削力降低,因此，进给量 ｆ增大一倍,切削力约增加 ７0~ 8０％。　

　从上述分析可知， ａ p与　f对切削面积得影响相同,但对单位切削力得影响不同。　ａ ｐ　增加时单位切削力不变, f增加时，单位切削力减小，当切削面积 Ａ　d相等时,为了减小切削力,可以选择大得进给量 f，小得背吃刀量 a p,即采用窄而厚得切屑断面形状．图 2—1８为车削 45钢时,　a ｐ与 f对切削力影响得实验曲线．

切削速度 v c对切削力得影响呈波浪形变化,如图 ２-1９所示。由切削变形一节所述可知,切削速度 ｖ　ｃ小于 ５0m /min得范围内，随着速度得增加，积屑瘤由小变大又变小，切削力则随之由大变小又变大。速度 v　ｃ继续增高,切削温度上升,切削力又下降,但变化较小.如 ｖ　c从 5０ｍ　/ｍiｎ增加至 ５00m ／mｉn时，切削力减少约 １0%。生产中得高速切削技术就可减小切削力，提高切削效率。
　 ３、 刀具几何参数得影响
(1) 前角得影响
　 在刀具几何参数中前角对切削力得影响最大。如图 2-２０所示。前角愈大，　

切屑易于从前刀面流出，切削变形小,从而使切削力下降,但前角γ０对三个切削分力得影响就是不同得。同时，工件材料不同,前角得影响也不同,对塑性较大得材料，如紫铜、铝合金等，切削时塑性变形大,前角得影响较显著;而对脆性材料，如铸铁、脆黄铜等,前角得影响就较小。

　( 2)主偏角得影响
　 如图 2—2１所示为主偏角κr对三个切削分力得影响。从图中瞧出主偏角对主切削力得影响不大,当 kr=６０0～　7５0时,主切削力最小。但主偏角对　Fp、 Ff　得影响较大。随着主偏角得增加,进给力 Ff增加,而背向力 Fp减小.当κr　=９00,理论上背向力 Ｆp=0,实际上由于有刀尖圆弧半径 rε与副切削刃参与切削,即使κr =９00,　Fp还就是存在得。在车削刚性较差得细长轴时,应选用较大得主偏角,就就是为了减小　Fp得影响．表 2－4所示为 Ｆp/Fc、 Ff／Fc得比值。

表 2-4　切削钢与铸铁时　FP/FC, FF/ＦC比值
工件材料

主偏角　κr

45 °
7５ °
90 °　

钢

FP/FＣ

0、55~0、６５
0、35~0、５

０、25~0、4
FF ／FC

0、25～0、4

0、３5~0、5
０、4~0、55
铸铁
FＰ/FC　
0、3~0、4５
0、2~０、35

0、15~0、3
ＦF ／FＣ
0、１~0、2　
０、15～０、3

0、２~0、35

( ３ )刃倾角得影响　
　图　2 — 22 所示为刃倾角对三个切削分力得影响。从图可见,刃倾角　λs　对主切削力 Ｆc 得影响很小，但对进给力 Ff　与背向力 Ｆp 得影响较大。当 λｓ　从正值变为负值， Fｐ 将增加, Ff 将减小.所以车削刚性较差得工件时，一般不取负得刃倾角。　

　（ 4　)刀尖圆弧半径　
　 刀尖圆弧半径大小将影响切削刃上得圆弧部分长度与影响平均主偏角 κrB 。如图 ２ － ２3 所示.在切削深度　aｐ, 进给量 f 与主偏角 κr 一定得情况下，增大刀尖

　　圆弧半径 rε　，刀刃曲线部分长度增大,切削刃平均主偏角减小，使切屑断面形状中　bD增长， hD 减小,成为薄而宽得切屑,从而使切削变形增加,所以切削力也增加,其中　Fp 明显增加,　Ff 降低。因此在工艺系统刚性较差时,应选用较小得刀尖圆弧半径.

4 ．其它影响因素　

　　刀具材料不同时，切屑与刀具间得摩擦状态也不同，从而影响切削力.如用　YT 硬质合金刀具切削钢料比用高速钢刀具切削, F c 约降低 ５ ~　10％ 。　

　 使用适宜得切削液可降低切削力。刀具后刀面磨损大 , 切削力也增加。刀具具有负倒棱时　,　切削变形增大,切削力也增大.

(阅读次数:　)
车刀切削力计算举例

例  用 YT15 硬质合金车刀纵车　σ b　=0、588GP a 得热轧钢外圆 , 切削速度　v c=1０0m/min,　背吃刀量 a ｐ= 4mｍ， 进给量 f　= ０、3ｍm/r 。车刀几何参数 γ 0　=10 ° 、
κ　r =7５ ° 、　λ s =　－10 ° 、 r ε = 0。5mm， 求切削分力 Ｆ　c、 F P、 F f 。
解: 根据式(　2-４)、式( 2—5）、式(　２-６)及表 2—1得切削力公式:

　　Ｆ ｃ=９、８１×270×４×0、3　0、７５×１00 —０、１5K fc

　 　Ｆ p=9、81×199×４ ０、９×　０、3 0、6×1０0 －0、3K fｐ　
　　　 F f=9、８１×294×４× 0、３ 0、５×10 —0、４K　ff
　切削力修正系数 Ｋ fc 、 K fｐ　、 Ｋ　ff就是各种因素对切削力得修正系数得乘积.如由表 ,由表　２-5、表　2－6查得:

　 　(　查高速钢代入　）

　于就是得：
　 　KFc = 0、7537； KFｐ =　0、5509 ; 　KFf ＝ ０、7８22
　代入上式切削力计算公式得
　 Ｆｃ　= 16２0(Ｎ)　　 FP　= 456、7(N） 　　Ｆｆ　=　783、3２（N）

(阅读次数: )
切削温度及其主要影响因素
切削温度就是切削过程中得又一基本物理现象。切削温度得变化，能改变工件材料得性能,影响积屑瘤得产生与消失，以及影响已加工表面质量．因此认识它得变化规律，具有重要得实用意义。
　 (一)切削热得产生与传出　
　 如图　２ - 24 所示,在三个变形区中 ,因变形与磨擦所作得功绝大部分都转化成热能.
切削区域产生得热能通过切屑、工件、刀具与周围介质传出。切削热传出时由于切削方式得不同,工件与刀具热传导系数得不同等,各传导媒体传出得比例也不同.表 2 — 7 为切削热在车削与钻削时各传热媒体切削热传出得比例。

(二）切削温度得分布　

　 切削温度一般指切削区域得平均温度。切削温度得分布指切削区域各点温度得分布(即温度场）。

图 2 —２5a 为切削钢时所测得得正交平面内得温度分布; b 就是车削不同材料时，前、后刀面上温度分布情况。从图中可以瞧出:　

　　( 1 )前刀面上得最高温度不在切削刃上，而距离切削刃有一段距离;
( 2 )温度分布不均匀,温度梯度大。工件材料塑性大,分布较均匀，反之，工件材料脆性大，分布不均匀。　

　（三）切削温度得主要影响因素
１、 工件材料得影响
　　工件材料得强度、硬度高，导热率低,高温下得强度、硬度高,都会使变形功增加,使切削温度升高.切削脆性材料,因变形小，摩擦小,故其切削温度较低。如图 ２-2６ 所示。

　　2、 切削用量得影响　
　( 1 )背吃刀量 a　p a p　对切削温度得影响很小.背吃刀量　a p　增加，产生得热量按比例增加。 a p 增大一倍，切削宽度 ｂ D 也增加一倍,刀具得传热面积也增大一倍，改善了刀头得散热条件，切削温度只就是略有提高.

　　（　２ )进给量 f f 对切削温度得影响比 ａ p　大.进给量 f　增加，产生得热量增加。虽然 f　增加使 切削厚度 h D 增加,切屑得热容量增大,切屑能带走较多得热量，但由于切削宽度　b Ｄ 不变，刀具散热面积未按比例增加,刀具得散热条件未得到改善,所以切削温度会升高。

　 由以上分析可知,为控制切削温度,应采用宽而薄得切削层剖面形状有利。

( ３　)切削速度 v c　v c 对切削温度得影响最大。切削速度增加，变形功与摩擦转变得热量急剧增多,虽然切屑带走得热量也相应增多,然而刀具传热得能力无什么变化,切削温度显著提高。

　 因此切削用量三要素中,控制切削速度　v　c 就是控制切削温度最有效得措施。图 2-２７ 所示就是 v c 、 f 、 ａ ｐ　对切削温度得影响。

　3、 刀具几何参数得影响

　　(　1 ）前角 γ　０ γ　０ 增大,切削刃锋利，切屑变形小,前刀面摩擦减小,产生得热量减小,所以切削温度随 γ 0 增大而降低。但前角过大时,由于刀具楔角变小,刀具散热体积减少,切削温度反而会提高。图 2—28 所示为前角与切削温度得关系．

( 2 ）主偏角κ r　κ　r 减小,在 a ｐ 不变得条件下主切削刃工作长度增加，散热面积增加,因此切削温度下降。图　2—２9 所示为主偏角与切削温度得关系。

　( 3 ）刀尖圆弧半径 r ε r　ε 增大，平均主偏角减小，切削宽度 b　d增加,散热面积增加，切削温度降低。　

　　4、 其它影响因素

　　选择合适得冷却液能带走大量得切削热，从而降低切削温度。从导热性能瞧水溶液得冷却性能最好,切削油最差。切削液本身温度愈低,降低切削温度得效果愈明显。

ﻫ(阅读次数： )